一种串联晶闸管驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种串联晶闸管驱动系统，包括驱动控制单元、测量及驱动扩展单元和多个高压自取能驱动单元，驱动控制单元与测量及驱动扩展单元连接，测量及驱动扩展单元分别与多个高压自取能驱动单元连接，多个高压自取能驱动单元分别与支臂串联晶闸管全控桥中的被控晶闸管连接。本发明专利技术适用于多种结构的高压大功率晶闸管全控桥的驱动和控制，并可提高脉冲上升速率，消除传输回路电磁干扰，以及实现在过电压等极端工况下对被控晶闸管的保护，解决了现有技术中存在的控制回路扩展性差、触发脉冲上升速率慢、电磁干扰大、电路结构复杂以及电气隔离不彻底等技术问题。隔离不彻底等技术问题。隔离不彻底等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种串联晶闸管驱动系统


[0001]本专利技术属于功率半导体应用
，具体涉及一种串联晶闸管驱动系统。

技术介绍

[0002]电力电子功率元件晶闸管，因其具有响应快、耐压性能高、稳定性好、成本低等特点，在交直流电机调速系统以及调功系统中得到了广泛应用。作为一种半控型大功率电气元件，晶闸管的开通需外加驱动脉冲信号，因此，晶闸管的驱动系统设计成为晶闸管控制技术的核心。
[0003]在大功率整流、变频等应用领域，为提升设备的功率容量，晶闸管整流电路多采用支臂多晶闸管串联、多功率桥串联或并联等拓扑结构，这要求晶闸管驱动系统在采样及驱动回路上具备很强的扩展性。在实际应用中出于对供电电源、隔离、安装布置等多方面考虑，大多将采样回路集成于主控制设备，即将多个触发回路或一组全控桥的驱动集成到一个功能器件，但该种方式导致采样回路及驱动接口的数量固定，扩展性差。
[0004]另外，大功率晶闸管的应用要求驱动系统具备高的触发同步性、满足高低压电气隔离要求、适应强电磁干扰以及高电压大电流的应用环境。在晶闸管脉冲触发方式上，现有技术中大多采用电磁方式，利用脉冲变压器实现高低压电气隔离和驱动信号放大，但脉冲变压器漏感等固有特性使得触发脉冲上升速率大幅下降，影响晶闸管触发同步性。同时，在带有控制电源的驱动回路中，为确保外接电源回路的绝缘强度，除配置脉冲变压器等器件外还需设置其他隔离保护，同样导致整个驱动回路设计复杂，并且若出现隔离设备击穿的情况还极易引起整个控制系统事故。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种串联晶闸管驱动系统，本专利技术适用于多种结构的高压大功率晶闸管全控桥的驱动和控制，并可提高脉冲上升速率，消除传输回路电磁干扰，以及实现在过电压等极端工况下对被控晶闸管的保护，解决了现有技术中存在的控制回路扩展性差、触发脉冲上升速率慢、电磁干扰大、电路结构复杂以及电气隔离不彻底等技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：包括驱动控制单元、测量及驱动扩展单元和多个高压自取能驱动单元，驱动控制单元与测量及驱动扩展单元连接，测量及驱动扩展单元分别与多个高压自取能驱动单元连接，多个高压自取能驱动单元分别与支臂串联晶闸管全控桥中的被控晶闸管连接。
[0007]所述驱动控制单元包括控制模块CPU1、通讯模块COM1、第一逻辑模块F1、时钟模块T1、电源模块G1和光纤接口模块TRX1，控制模块CPU1和通讯模块COM1均与第一逻辑模块F1连接，第一逻辑模块F1通过光纤接口模块TRX1与测量及驱动扩展单元连接，时钟模块T1分别与控制模块CPU1、通讯模块COM1和第一逻辑模块F1连接。
[0008]所述测量及驱动扩展单元包括同步信号测量模块、驱动扩展模块、光纤通讯模块TRX2和电源模块G2，所述驱动扩展模块包括第二逻辑模块F2和光纤扩展模块TRX3，所述同步信号测量模块包括电流电压同步采集电路，所述电流电压同步采集电路包括第一限流电阻R41、运算放大器U40、隔离电流放大器U41和模数转换模块U42，第一限流电阻R41的一端连接至外部测量元件，另一端依次连接运算放大器U40、隔离电流放大器U41和模数转换模块U42，模数转换模块U42连接至第二逻辑模块F2的采样接口，光纤通讯模块TRX2分别与驱动控制单元和第二逻辑模块F2连接，第二逻辑模块F2通过光纤扩展模块TRX3分别与高压自取能驱动单元连接；电源模块G2分别为同步信号测量模块、驱动扩展模块、光纤通讯模块TRX2和光纤扩展模块TRX3供电。
[0009]所述高压自取能驱动单元包括高压自取能电路、缓冲电路、脉冲驱动电路、光纤通讯收发模块和晶闸管保护电路，高压自取能电路和缓冲电路串联连接后再并联于被控晶闸管的阳极端A和阴极端K，高压自取能电路分别与脉冲驱动电路、光纤通讯收发模块和晶闸管保护电路连接，脉冲驱动电路分别与光纤通讯收发模块和被控晶闸管连接，晶闸管保护电路并联于被控晶闸管的阳极端A和阴极端K，且晶闸管保护电路分别与光纤通讯收发模块和脉冲驱动电路连接。
[0010]所述缓冲电路包括串联连接的吸收电容C1和冲击电阻R1，冲击电阻R1与高压自取能电路连接，吸收电容C1与被控晶闸管的阳极端A连接。
[0011]所述高压自取能电路包括整流储能模块和稳压模块，其中，所述整流储能模块包括整流二极管D11、降压变换器U11、保护二极管D13和第一储能电容C11，整流二极管D11的阳极和阴极分别与缓冲电路和降压变换器U11的输入接口连接，第一储能电容C11的正极和负极分别与降压变换器U11的输出接口和被控晶闸管的阴极端K连接；保护二极管D13的阳极和阴极分别与第一储能电容C11的负极和整流二极管D11的阳极连接；所述稳压模块包括第一稳压二极管D12、稳压晶闸管Q11和稳压限流电阻R11，第一稳压二极管D12的阳极通过稳压限流电阻R11与稳压晶闸管Q11的门极连接，稳压晶闸管Q11的阳极分别与整流二极管D11的正极和第一稳压二极管D12的阴极连接，稳压晶闸管Q11的负极与第一储能电容C11的负极连接。
[0012]所述脉冲驱动电路包括脉冲供电模块和控制驱动模块，其中，所述脉冲供电模块包括第二限流电阻R31、第三限流电阻R32、第二储能电容C31、第三储能电容C32，第二限流电阻R31与高压自取能电路连接，第二限流电阻R31与第三限流电阻R32串联，第三限流电阻R32与控制驱动模块连接；第二储能电容C31并接于高压自取能电路与第二限流电阻R31之间，第三储能电容C32并接于第二限流电阻R31与第三限流电阻R32之间；所述控制驱动模块包括逻辑电路L31、第四限流电阻R33第一驱动三极管Q31、第二驱动三极管Q32、触发三极管Q33和防反二极管D31，逻辑电路L31的输入端连接光纤通讯收发模块的输入端RX，第四限流电阻R33连接在逻辑电路L31的输出端与第一驱动三极管Q31的基极之间，第一驱动三极管Q31的集电极和发射极分别连接至触发三极管Q33的基极和公共端并形成逻辑驱动回路，第二驱动三极管Q32的基极连接至晶闸管保护电路，第二驱动三极管Q32的集电极和发射极分别连接至触发三极管Q33的基极和公共端并形成强制触发电
路，触发三极管Q33的集电极连接至防反二极管D31的正极，防反二极管D31的负极连接至被控晶闸管的门极。
[0013]所述第一驱动三极管Q31和第二驱动三极管Q32均采用NPN型结构，所述触发三极管Q33采用PNP型结构。
[0014]所述晶闸管保护电路包括采样模块和电压调理模块，其中，所述采样模块包括采样限流电阻R21、采样电阻R22和瞬态电压抑制二极管D21，采样限流电阻R21、采样电阻R22和瞬态电压抑制二极管D21串联连接，且采样限流电阻R21和瞬态电压抑制二极管D21分别连接至被控晶闸管的阳极端A和阴极端K；所述电压调理模块包括运算放大器U21、第五限流电阻R24及第六限流电阻R23和稳压二极管D21，第五限流电阻R24的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：包括驱动控制单元（3）、测量及驱动扩展单元（4）和多个高压自取能驱动单元（5），驱动控制单元（3）与测量及驱动扩展单元（4）连接，测量及驱动扩展单元（4）分别与多个高压自取能驱动单元（5）连接，多个高压自取能驱动单元（5）分别与支臂串联晶闸管全控桥（2）中的被控晶闸管连接。2.根据权利要求1所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述驱动控制单元（3）包括控制模块CPU1、通讯模块COM1、第一逻辑模块F1、时钟模块T1、电源模块G1和光纤接口模块TRX1，控制模块CPU1和通讯模块COM1均与第一逻辑模块F1连接，第一逻辑模块F1通过光纤接口模块TRX1与测量及驱动扩展单元（4）连接，时钟模块T1分别与控制模块CPU1、通讯模块COM1和第一逻辑模块F1连接。3.根据权利要求1所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述测量及驱动扩展单元（4）包括同步信号测量模块（6）、驱动扩展模块（7）、光纤通讯模块TRX2和电源模块G2，所述驱动扩展模块（7）包括第二逻辑模块F2和光纤扩展模块TRX3，所述同步信号测量模块（6）包括电流电压同步采集电路，所述电流电压同步采集电路包括第一限流电阻R41、运算放大器U40、隔离电流放大器U41和模数转换模块U42，第一限流电阻R41的一端连接至外部测量元件，另一端依次连接运算放大器U40、隔离电流放大器U41和模数转换模块U42，模数转换模块U42连接至第二逻辑模块F2的采样接口，光纤通讯模块TRX2分别与驱动控制单元（3）和第二逻辑模块F2连接，第二逻辑模块F2通过光纤扩展模块TRX3分别与高压自取能驱动单元（5）连接；电源模块G2分别为同步信号测量模块（6）、驱动扩展模块（7）、光纤通讯模块TRX2和光纤扩展模块TRX3供电。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述高压自取能驱动单元（5）包括高压自取能电路（8）、缓冲电路（12）、脉冲驱动电路（9）、光纤通讯收发模块（11）和晶闸管保护电路（10），高压自取能电路（8）和缓冲电路（12）串联连接后再并联于被控晶闸管的阳极端A和阴极端K，高压自取能电路（8）分别与脉冲驱动电路（9）、光纤通讯收发模块（11）和晶闸管保护电路（10）连接，脉冲驱动电路（9）分别与光纤通讯收发模块（11）和被控晶闸管连接，晶闸管保护电路（10）并联于被控晶闸管的阳极端A和阴极端K，且晶闸管保护电路（10）分别与光纤通讯收发模块（11）和脉冲驱动电路（9）连接。5.根据权利要求4所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述缓冲电路（12）包括串联连接的吸收电容C1和冲击电阻R1，冲击电阻R1与高压自取能电路（8）连接，吸收电容C1与被控晶闸管的阳极端A连接。6.根据权利要求5所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述高压自取能电路（8）包括整流储能模块和稳压模块，其中，所述整流储能模块包括整流二极管D11、降压变换器U11、保护二极管D13和第一储能电容C11，整流二极管D11的阳极和阴极分别与缓冲电路（12）和降压变换器U11的输入接口连接，第一储能电容C11的正极和负极分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洋，安冬，吴加坤，吴敌，刘基涛，王思哲，
申请(专利权)人：东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：